1、第28卷第6期2004年12月武漢理工大學學報(交通科學與工程版Jou rnal of W uhan U n iversity of T echno logy(T ran spo rtati on Science &Engineering V o l .28N o.6D ec .2004基于優化理論和G IS 空間分析技術的公交站點規劃方法收稿日期:20040824謝華:女,29歲,碩士生,主要研究領域為地理信息系統應用和研究謝華都金康(南京大學城市資源系南京210093摘要:針對交通規劃的特點和目標,介紹一種基于最優化原理和G IS 空間分析方法的交通站點規劃方法.該方法依據乘客總出行時間最

2、短確定單個線路上的站點個數,結合G IS 緩沖區分析和疊合分析,在路線上做站點設置的適宜性分析,確定站點的位置,從而提供一種交通規劃的方法.關鍵詞:交通規劃;G IS ;最優化原理;站點選址中圖法分類號:U 492.1+10引言在公交站點布局規劃時,需要考慮眾多因素,如人口分布、居住分布、就業分布、道路長度、行車道數,交通量大小、乘客客位占用等等.由于影響因素眾多,因此站點的布局一般都是采用人工的方法來實現.但由于問題的復雜性,得到的結果往往不太客觀與合理,所以最好是采用計算機技術通過建立和求解數學模型的方式來輔助站點規劃.但是在建立和求解城市交通數學模型時,對與交通密切相關的空間關系數據的表

3、示和分析存在很多不足,一方面模型很難建立,另一方面,模型用于實際問題的求解也很困難.基于計算機軟硬件支持的地理信息系統G IS 具有很強的空間數據處理和空間分析能力,它不僅能處理交通中的空間的和非空間的數據,而且還提供了許多空間分析手段2.因此,G IS 成為城市交通規劃中有力的工具.交通規劃可以利用G IS 來輸入、存貯、處理交通規劃數據,對數據的空間特性和交通數學模型進行空間表示,并進行進一步的空間分析,從而得到理想的規劃結果.文中利用G IS 空間分析方法解決單個交通線路上站點規劃的問題,提出基于最優化理論和G IS 空間分析技術的站點規劃方法1,2.1基于最優化理論和G IS 的公交站

4、點規劃方法由于公共交通設施網絡涉及諸多因素,但考慮這么多的因素建立起的模型必然很復雜,而且難以求解.經分析取舍,考慮了主要的影響因子,建立了一個用于解決交通站點規劃問題的方法.該方法主要基于最優化理論4和G IS 適宜性分析技術5,首先通過建立一個優化數學模型6確定交通站點的總數目,同時從這個數學模型得到各影響因子和站點個數之間關系的函數表達式,該表達式說明什么地方適宜建站點,從而為G IS 適宜性分析提供依據36.站點數目確定后,再確定站點的空間布局.該方法采用了G IS 適宜性分析技術,對人口分布,交通流量,道路狀況這些因素進行量化,通過疊合分析和緩沖區分析,找到最適宜的地方建立站點,用G

5、 IS的方法彌補了確定站點數目的優化數學模型的引入因素少的不足,綜合考慮了很多與公共交通相關的因素,使建立G IS輔助規劃系統成為現實.1.1公交站點選址的優化模型模型中考慮的選址問題的主要因子:人口分布、交通流量、交通起訖點、一般車速、道路狀況.模型假設:(1假設公交車輛在每個站點停留的時間一樣,都是T;(2假設公交車輛在站點前后的各A m內為公交車加速減速的距離,平均車速為一般車速調查所得數據V的一半.其他地區的運行速度為一般車速V;(3所有的站點在整個公交路線上基本是均勻分布的;(4乘客到車站的平均距離M與站點個數X成反比.實際情況表明,當站點很多時,每位乘客在線路上的旅行會因為中間停車

6、較多而導致總出行時間很大.而當站點很少時,乘客平均到最近一個站的時間會加長,可能超過在路上行程部分所節省的時間,從而導致總出行時間還是很大.可見,當站間距很小或很大時,總出行時間都會較大,而在此之間存在著某個最優站點數目,使總的出行時間最小5.總出行時間最小的公交優化模型為m in F=X T+MV R +4(X-1AV+YVK=2A(X-1+Y(1式中:F為總出行時間;X為站點的個數;T為公交車輛在公交站點停留的時間;M為乘客到最近車站的平均距離;V R為乘客到車站的平均速度; K為公交路線的總里程數;Y為以一般車速V運行的公里數,這樣X T為在站點總的停靠的時間; 4(X-1AV為在站點前

7、后加速減速的運行時間;YV是以速度V運行的時間.在式(1中,除了M與站間距離有關,和X 屬于因變量外,T,V R,A,V都可作自變量,對于特定的T,V R,A,V值,可以得出一個最佳的X 值來.以M=K 3X(經驗值,Y=K-2A(X-1代入式(1的第1個式子得m in F=X T+K 3KV R+4(X-1AV +K-2A(X-1V令5F5X=0得X=K (T+2A V3V R(2式(2即為最優站點數的公式.根據式(2,在其他變量一定的情況下,人口越密集,那么停靠時間T越大,則站點應建得越少.同樣,人們到達站點的速度越小,站點應建得越多;交通流量小,道路狀況好,城市的一般車速越大,站點應建得

8、越多5;公交車輛在路上可達到的加速度就越大,則A越小,站點應建的越多6.這些是進行G IS適宜性分析的依據.1.2基于G IS適宜性分析的站點選址當站點數目確定后,利用G IS空間適宜性分析技術實現站點的空間定位,主要步驟為1對人口分布R,交通流量J,道路狀況D進行量化4.量化過程中采用下面的規則.(1道路上的人口分布采用以100m的步長逐點做一公里范圍緩沖區的方法,在緩沖區內的人數就是對應道路上的人口分布值;(2交通流量以實地采集的日平均數據為準;(3道路狀況以每隔100m道路的建筑性質、寬度、完好度為度量標準.說明:為了便于說明模型的思路,以下的圖表(表13,圖14都是示意性的,實際系統中

9、將量化成灰度圖.以下是經量化獲得的各影響因子的值.表1人口分布度量指標很稀疏稀疏一般稀疏中等一般密集密集很密集人口分布2345432表2交通流量度量指標量很小小一般小中等一般多多很多交通流量6543210表3道路狀況度量指標很差差一般差中等一般好好很好道路狀況01234562按照上面的規則生成針對交通路徑的人口分布,交通流量,道路狀況的灰度圖.結果分別如圖1,2,3,再對3個圖層進行疊合分析,得到一個柵格圖(圖略.如果有需要,還可以對3種不同的因素賦不同的權值.3根據交通站點數X,在交通路徑上等間距地取X個點對每個點在步驟2得到的柵格圖(圖略上做半徑為100m的點緩沖區.(如圖4.89武漢理工

10、大學學報(交通科學與工程版2004年第28卷 4緩沖區內交通流量、人口分布和道路狀況量化值最大的位置設立公交站點.至此,解決了公共交通站點選址的問題 .1.3方法的流程圖以上方法的流程圖見圖5 .圖5站點規劃流程圖1.4基于該模型的規劃實例基于該模型的輔助規劃系統在V C 開發平臺上實現.系統按照上述步驟對某市的單個交通路線進行了規劃,系統參數取K 為10km ,A 為100m ,V 為某市公交車的一般車速,T 為該城市平均的站點停靠時間,V R 為1m s ,其中,車流量,人口分布,路況都采用統計平均值,是為了說明它們同V ,T ,A 的關系,結果如表4所列.表4某市規劃結果V m s -1

11、T s A m車流量人口分布路況站點個數站間距離 km11901002結束語交通規劃是解決公共交通的重要手段,然而交通規劃也是一個很復雜的問題7,單純建立數學模型來描述交通系統比較復雜.文中采用了“數學模型+G IS 分析”的方法,數學模型為G IS 分析提供了評價標準,G IS 分析簡化了公式的復雜程度,彌補了數學模型在細小局部上無法表達的缺點,采用直觀的適宜性分析技術,最終確定公交站點的具體位置,這是對用G IS 解決交通規劃問題的一個探索.當然,該方法也存在某些方面的不足,例如,交通流量,人口分布,道路狀況等因素之間是相互有聯系的8,文中沒有分析它們之間的關系,也沒有給出它們的權重.另外

12、,模型只研究了單個交通線路的運輸問題,沒有考慮到和其他的交通線路的統一協調問題.參考文獻1孫光明,吳青,徐方方土.城市公共交通車輛管理系統關鍵技術研究.武漢理工大學學報(交通科學與工程版,2004,28(4:5185212張存保,李華,嚴新平.基于W eb G IS 的城市公交問路系統.武漢理工大學學報(交通科學與工程版,2004,28(1:99102教育出版社,2002.214人民大學出版社,1987.2661993.1806周立新,李英,繆和平.城市軌道交通系統的換乘研究.城市軌道交通研究,2001,(4:3538大學學報(自然科學版,2003,33(3:335339技術學院學報(自然科學

13、版,1998,16(4:610909第6期謝華等:基于優化理論和G IS 空間分析技術的公交站點規劃方法A M ethod on Bu s Stati on P lann ing Based on Op ti m izati on T heo ryand T echn ique of G IS Spatial A nalysisX ie Hua D u J i nkang(D ep a rt m en t of U rban and R esou rces S ciences ,N anj ing U n iversity ,N anj ing 210093AbstractB ecau se

14、of its pow erfu l capab ility of m anaging space data ,G IS is adop ted w idely in traffic p lan 2n ing .A cco rding to characteristic and ai m of traffic p lann ing ,th is p aper in troduces an app roach w h ich is based on G IS sp atial analysis and op ti m izati on theo ry .F irst ,the op ti m al

15、 m odel w ith ob jective of m in i m izing p assengersou tgo ing ti m e is estab lished and so lved to ob tain the num ber of bu s stati on s .T hen the best su itab le locati on fo r every bu s stati on is deter m ined by u sing the G IS techn ique of buf 2fling and overlaying spatial analysis .T h

16、e m ethod can be u sed in traffic p lann ing .Key words :traffic p lann ing ;G IS ;op ti m izati on theo ry ;bu s stati on po siti on(上接第875頁7方生,張配強.旋轉磁場作用下磁流變液顆粒運動及結構演化的模擬.化學物理學報,2001,14(5:5625668O denbach S .Ferrofluids 2m agnetically contro lled sus 2pensi ons .Co llo ids Surf .A ,2003,217:171178

17、9Zakaria K .N onlinear dynam ics of m agnetic fluidsw ith a relative mo ti on in the p resence of an obliquem agnetic field .Physica A ,2003,27:22124810趙永利,郭開華,梁棟等.HCFC 2141b 制冷劑氣體水合物結晶生長過程及其分形生長模型中國科學(B 輯,2002,45(2:21622411章永化,陳守明,陳建華等.納米Fe 3O 4 聚苯乙烯均勻體系的制備結構.高等學校化學學報,2003,24(9:17171720Influence of

18、 N anom eter M agnetoflu id onthe Character of HCFC 2141b Gas H ydrate Fo rm ati onM a X i aol i n Shu B ifen Guo Ka ihua Shen Hu i(Guang z hou Institu te of E nergy Conversion ,T he Ch inese A cad e m y of S cience ,Guang z hou 510070AbstractIn th is p ap er ,carried ou t are exp eri m en ts on the influence of